CN111653713A - 一种锂电池隔膜用涂料、覆膜、高机械性能的锂电池隔膜及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池隔膜用涂料、覆膜、高机械性能的锂电池隔膜及制备方法，所述涂料通过步骤制备：步骤1，水：酒精按质量比(1～50)：1混合均匀得到溶剂a；步骤2，在溶剂a中加入的分散剂，分散剂的质量为溶剂a质量的2％～8％，搅拌至分散均匀后，得到混合液b；步骤3，将锂基润滑脂、造孔剂、粘结剂按(10～65)：(0.5～3)：(1～10)的比例加入混合液b，固含量为3～20％，搅拌至分散均匀后，导入砂磨机中进行砂磨，得到锂电池隔膜用涂料。锂基润滑脂功能性添加剂的加入有效提高了隔膜机械性能，同时提高了隔膜的离子电导率。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域，特别是涉及一种锂电池隔膜用涂料、覆膜、高机械性能的锂电池隔膜及制备方法。
背景技术
锂离子电池具有高能量密度、无记忆效应、循环寿命长、对环境友好等优点因而被广泛使用。隔膜在电池中起着阻隔正负极电子电导，允许电解液离子自由通过从而实现离子传导的重要作用，是电池循环能力和安全性能的重要决定性因素，是锂离子电池最关键的部分之一。
聚烯烃材料具有物理化学性能稳定、防水、低成本、电化学稳定等优良性能，在隔膜行业得到了广泛的应用。但聚烯烃隔膜具有疏水性、低极性、低表面能等特点导致其与电解液的相互作用弱，进而导致隔膜吸液率低、保液性差，影响电池寿命，限制了锂离子电池的发展；此外，电池充放电过程中锂离子还原形成的晶体有可能刺穿隔膜，因而对隔膜的抗穿刺能力提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的锂电池隔膜抗穿刺性弱的问题，而提供一种锂电池隔膜用涂料的制备方法，及其得到的覆膜。
本发明的另一个目的是提供所述涂料形成的覆膜。
本发明的另一个目的是提供一种锂电池隔膜，包括基膜和涂覆在所述基膜上的所述覆膜。
本发明的另一个目的是提供一种锂电池，包括正极、负极、电解液和所述锂电池隔膜。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种锂电池隔膜用涂料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，水：酒精按质量比(1～50)：1混合均匀得到溶剂a；
步骤2，在溶剂a中加入的分散剂，分散剂的质量为溶剂a质量的2％～8％，搅拌至分散均匀后，得到混合液b；
步骤3，将锂基润滑脂、造孔剂、粘结剂按(10～65)：(0.5～3)：(1～10)的比例加入混合液b，固含量为3～20％，搅拌至分散均匀后，导入砂磨机中进行砂磨，得到锂电池隔膜用涂料。
在上述技术方案中，所述步骤2中搅拌时，在搅拌机中以1000rmp搅拌5～20分钟，所述步骤3中搅拌时，在搅拌机中以1000rmp搅拌20～40分钟后。
在上述技术方案中，所述锂基润滑脂为硬脂酸锂或十二羟基硬脂酸锂。
在上述技术方案中，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐、三甲铵盐酸盐或聚乙二醇。
在上述技术方案中，所述粘结剂为PVDF或聚丙烯酸酯类。
在上述技术方案中，所述造孔剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。
本发明的另一方面，利用所述制备方法得到的锂电池隔膜用涂料。
本发明的另一方面，一种锂电池隔膜用覆膜，通过以下方法制备：
将所述锂电池隔膜用涂料以辊涂方式涂于基膜表面，在40-90℃条件下干燥10～40s，得到功能性涂覆膜。
本发明的另一方面，一种锂电池隔膜，包括基膜和涂覆于所述基膜的一侧或两侧的所述覆膜，所述覆膜的厚度为1～8微米。
在上述技术方案中，所述基膜为聚乙烯膜或聚丙烯膜。
本发明的另一方面，一种锂电池包括正极、负极、电解液和所述锂电池隔膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.功能性添加剂(锂基润滑脂)中纤维形成双股的、缠结在一起的扭带状，因此，具有良好的机械安定性可提高隔膜机械性能。
2.功能性添加剂中含有的锂离子，在电池充放电过程中还能够与电解液中的锂协同作用，增加锂离子在电解液中的循环，从而补充在电池充放电过程中锂离子的流失同时，功能性添加剂中带有羧基，可促进锂离子传输，提高隔膜离子电导率。
3.本发明有效改善隔膜表面极性，提高隔膜吸液率，促进离子传输，提高隔膜离子电导率，从而提高锂电池安全及倍率性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下实施例中所用搅拌机为双行星动力混合机，型号：HY-DLH43L，生产厂家：广州红尚机械科技有限公司；所用砂磨设备为全陶瓷纳米研磨机，型号：PT-5L，生产厂家为东莞市品诺机械设备有限公司
实施例1
1.1
一种高机械性能的锂电池隔膜用涂料，通过以下方法制备：
步骤1，水：酒精按质量比10：1混合均匀得到溶剂a；
步骤2，在溶剂a中加入的分散剂聚丙烯酸铵盐，分散剂的质量为溶剂a质量的5％，在搅拌机中，以1000rmp搅拌10分钟，得到混合液b；
步骤3，将硬脂酸锂、造孔剂聚乙烯吡咯烷酮、粘结剂PVDF(聚偏氟乙烯)按10:0.7:1的比例加入混合液b，固含量为5％，在搅拌机中以1000rmp搅拌20分钟后，导入砂磨机中砂磨机中，以800rmp砂磨两遍，得到锂电池隔膜用涂料。
1.2
一种高机械性能锂电池覆膜，通过以下方法制备：
将1.1所得锂电池隔膜用涂料以辊涂方式涂于基膜表面，涂覆厚度2微米，在50℃条件下干燥15s，得到功能性涂覆膜。
1.3
一种高机械性能锂电池隔膜，包括聚乙烯膜基膜和涂覆于所述聚乙烯膜基膜一侧的如1.2得到的功能性涂覆膜。
所得隔膜分解电压为4.8V，120℃下1小时热缩率为0.6％，穿刺强度15N，离子电导率：1.4×10-3s/cm-1。
1.4
一种锂电池，包括1.3所述的隔膜，其正极为磷酸铁锂，负极为石墨，电解液为溶质浓度为1mol/L的六氟磷酸锂溶液。
该锂电池在0.5C的倍率下循环100圈后容量保持率为98％，电池循环20圈后，平均库伦效率为99.43％。
实施例2
2.1
一种高机械性能的锂电池隔膜用涂料，通过以下方法制备：
步骤1，水：酒精按质量比30：1混合均匀得到溶剂a；
步骤2，在溶剂a中加入的分散剂三甲铵盐酸盐，分散剂的质量为溶剂a质量的3％，在搅拌机中，以1000rmp搅拌30分钟，得到混合液b；
步骤3，将十二羟基硬脂酸锂、造孔剂聚乙二醇、粘结剂聚丙烯酸甲酯按33:1:4的比例加入混合液b，固含量为10％，在搅拌机中以1000rmp搅拌30分钟后，导入砂磨机中砂磨中以800rmp砂磨两遍，得到锂电池隔膜用涂料。
2.2
一种高机械性能锂电池覆膜，通过以下方法制备：
将2.1所得锂电池隔膜用涂料以辊涂方式涂于基膜表面，涂覆厚度3微米，在60℃条件下干燥10s，得到功能性涂覆膜。
2.3
一种高机械性能锂电池隔膜，包括聚乙烯膜基膜和涂覆于所述聚乙烯膜基膜一侧的如2.2得到的功能性涂覆膜。
所得隔膜分解电压为4.7V，120℃下1小时热缩率为0.7％，穿刺强度14N，离子电导率：1.5×10-3s/cm-1。
2.4
一种锂电池，包括2.3所述的隔膜，其正极为磷酸铁锂，负极为石墨，电解液为溶质浓度为1mol/L的六氟磷酸锂溶液。
该锂电池在0.5C的倍率下循环100圈后容量保持率为98％，电池循环20圈后，平均库伦效率为98.48％。
实施例3
3.1
一种高机械性能的锂电池隔膜用涂料，通过以下方法制备：
步骤1，水：酒精按质量比45：1混合均匀得到溶剂a；
步骤2，在溶剂a中加入的分散剂聚乙二醇，分散剂的质量为溶剂a质量的6％，在搅拌机中，以1000rmp搅拌25分钟，得到混合液b；
步骤3，将硬脂酸锂、造孔剂聚乙烯吡咯烷酮、粘结剂聚丙烯酸乙酯按50:2:7的比例加入混合液b，固含量为18％，在搅拌机中以1000rmp搅拌30分钟后，导入砂磨机中以800rmp砂磨两遍，得到锂电池隔膜用涂料。
3.2
一种高机械性能锂电池覆膜，通过以下方法制备：
将3.1所得锂电池隔膜用涂料以辊涂方式涂于基膜表面，涂覆厚度2微米，在50℃条件下干燥15s，得到功能性涂覆膜。
3.3
一种高机械性能锂电池隔膜，包括聚丙烯膜基膜和涂覆于聚丙烯膜基膜两侧的如3.2得到的功能性涂覆膜。
所得隔膜分解电压为4.7V，120℃下1小时热缩率为0.8％，穿刺强度15N，离子电导率：1.6×10-3s/cm-1。
3.4
一种锂电池，包括3.3所述的隔膜，正极为磷酸铁锂，负极为石墨，电解液为溶质浓度为1mol/L的六氟磷酸锂溶液。
该锂电池在0.5C的倍率下循环100圈后容量保持率为97％，电池循环20圈后，平均库伦效率为97.57％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，水：酒精按质量比(1～50)：1混合均匀得到溶剂a；
步骤2，在溶剂a中加入的分散剂，分散剂的质量为溶剂a质量的2％～8％，搅拌至分散均匀后，得到混合液b；
步骤3，将锂基润滑脂、造孔剂、粘结剂按(10～65)：(0.5～3)：(1～10)的比例加入混合液b，固含量为3～20％，搅拌至分散均匀后，导入砂磨机中进行砂磨，得到锂电池隔膜用涂料。
2.如权利要求1所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，所述步骤2中搅拌时，在搅拌机中以1000rmp搅拌5～20分钟，所述步骤3中搅拌时，在搅拌机中以1000rmp搅拌20～40分钟后。
3.如权利要求1所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，所述锂基润滑脂为硬脂酸锂或十二羟基硬脂酸锂。
4.如权利要求1所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸铵盐、三甲铵盐酸盐或聚乙二醇。
5.如权利要求1所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为PVDF或聚丙烯酸酯类。
6.如权利要求1所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法，其特征在于，所述造孔剂为聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇。
7.如权利要求1-6中任一项所述的锂电池隔膜用涂料的制备方法得到的锂电池隔膜用涂料。
8.一种锂电池隔膜用覆膜，其特征在于，通过以下方法制备：
将如权利要求7所述的所述锂电池隔膜用涂料以辊涂方式涂于基膜表面，在40-90℃条件下干燥10～40s，得到功能性涂覆膜。
9.一种锂电池隔膜，其特征在于，包括基膜和涂覆于所述基膜的一侧或两侧的如权利要求8所述的覆膜，所述覆膜的厚度为1～8微米，所述基膜为聚乙烯膜或聚丙烯膜。
10.一种锂电池，其特征在于，包括正极、负极、电解液和如权利要求9所述的锂电池隔膜。
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